DE2249033B2 - Vorrichtung zum Schmelzen und Verteilen von thermoplastischem Material - Google Patents

Vorrichtung zum Schmelzen und Verteilen von thermoplastischem Material

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schmelzen und Verteilen von thermoplastischem Material mit einer Schmelzkammer, einem Einlaßkanal, der zu einem Ende der Schmelzkammer führt, einem Auslaßkanal, der mit dem anderen Ende der Schmelzkammer verbunden ist, einer Heizeinrichtung für die Schmelzkammer und einer Vorschubeinrichtung für das thermoplastische Material durch den Einlaßkanal in die Schmelzkammer, in der das Material fortschreitend geschmolzen und hierauf durch den Auslaßkanal extrudiert wird.
Eine derartige Vorrichtung soll insbesondere zum Aufbringen thermoplastischer Klebstoffe verwendet werden. Diese haben viele Vorteile, da sie frei von Lösungsmitteln sind und schnell harten. In der erhitzten und geschmolzenen Form treten jedoch einige Schwierigkeiten in der Handhabung auf. Aus vielen Gründen einschließlich der Zweckmäßigkeit der Klebstoffeuführung und der verminderten Zeit, während der der
ίο Klebstoff auf erhöhten Temperaturen gehalten wird, sind Vorrichtungen zum Schmelzen und Auftragen mit freiem Durchgang, wie sie beispielsweise in der US-PS 28 74 084 beschrieben sind, weit verbreitet Anwendungsfälle derartiger Vorrichtungen auf Handklebstoff-
'5 Extruder sind in der US-PS 32 98 572 und der US-PS 33 37 093 beschrieben. Bei diesen Vorrichtungen wird ein stangen- bzw. strangförmiger thermoplastischer Klebstoff einer Schmekkammer zugeführt Der geschmolzene Klebstoff in der Kammer wird dann auf eine Aufnahmefläche eines Werkstücks aufgebracht Die Kraft, die erforderlich ist, um den geschmolzenen Klebstoff durch die Vorrichtung zu bewegen und dann auf die gewünschte Fläche aufzubringen, kann von der kolbenartigen Bewegung des in die Schmelzkammer eingeführten stangenförmigen Materials hervorgerufen werden. Die Zuführung des Materials kann durch Drehung von Vorschubrädern oder einem anderen Vorschubmechanismus hervorgerufen werden, die den stangen- bzw. strangförmigen Klebstoff in das Einlaßende der Schmelzkammer drücken.
Obwohl es gelungen ist, geeignete Handklebstoffverteilungsvorrichtungen zu schaffen, haben diese dennoch erhebliche Nachteile. Einer der Nachteile ist in der begrenzten Schmelzkapazität der Schmelzkörper und -klammern zu sehen. Wegen der Beschränkung hinsichtlich der Schmelzkapazität haben derartige bekannte Handextruder nur begrenzte private und eigentlich keine industrielle Anwendung gefunden. Wegen der begrenzten Kapazität der vorhandenen Schmelzkammern ist es außerdem wirtschaftlich nicht möglich, irgendeine Mechanisierung der Vorschubeinrichtung zum Vorschub des stangen- bzw. strangförmigen thermoplastischen Klebstoffs in und durch die Schmelzkammern vorzusehen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Schmelzen und Verteilen von thermoplastischem Material anzugeben, die eine Schmelzkammer aufweist, die einen industriellen Einsatz der Vorrichtung ermöglicht
Diese Aufgabe wird durch eine, wie eingangs bereits erwähnte Vorrichtung, gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schmelzkammer zwei Abschnitte aufweist, von denen der eine am Einlaßende der Schmelzkammer beginnende Anfangsschmelzabschnitt einen kreisförmigen inneren Querschnitt und der andere, der Schmelzbeschleunigungsabschnitt, einen sich fortschreitend zum Auslaßende der Schmelzkammer hin ändernden gewellten Querschnitt hat
Durch die Erfindung wird vorteilhafterweise eine tragbare, von Hand betätigbare Extrudierpistole mit einer vergrößerten Schmelzkammer für stangenförmige thermoplastische Klebstoffe geschaffen, die sowohl für den privaten als auch für den industriellen Gebrauch gut geeignet ist. Eine derartige Vorrichtung kann beispielsweise zum Auftragen von Klebstoffen bei der Herstellung von Schuhen oder Packungsbehältern verwendet werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß
infolge der größeren Kapazität der Schmelzkammern der geschmolzene Klebstoff nicht dazu neigt, längs des FinlaRlranak oder des Einlaßrohrs nach hinten zurückgedrückt zu werden, wenn die Bedienungsperson versucht, die Schmelzkammer zu Qbersteuei a.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Schmelzvorgang beim Vorschub des thermoplastischen Materials wesentlich erhöht, ohne daß es notwendig ist, die Schmelzkörpertemperatur über die üblichen Werte zu erhöhen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht vorteilhafterweise eine schnellere und gleichmäßigere Erhitzung des Materials, als dies bei den bekannten Vorrichtungen der Fall ist Die abgegebene Menge ist zwei- bis viermal se groß wie die der bekannten Handextrudiervonichtungen. Diese merkliche Erhöhung der Schmelzkapazität wird durch die neue Schmelzkammer erreicht, die einen Schmelzbeschleunigungsabschnitt aufweist
Die Erfindung wird nachstehend anhand Jer Figuren näher erläutert Es zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Handextrudiervorrichtung,
F i g. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung der F i g. 1 im Schnitt,
Fig.3,4 und 5 jeweils einen Schnitt längs der Linie IH-HI, IV-IV und V-V in der F i g. 2.
In der F i g. 1 ist mit 2 die Vorrichtung zum Extrudieren thermoplastischer Materialien, wie Klebstoffen oder Füllstoffen bezeichnet In der gezeigten Ausführungsform ist die Vorrichtung von Hand bedienbar und besitzt einen Handgriff 4, der von einem Gehäuse 6 ausgeht das einen Schmelzkörper 8 (teilweise sichtbar) enthält. An dem Auslaßende 10 ist eine Extrudierdüse 12 angeordnet Gegenüber dem Auslaßende 10 befindet sich das Einfüllende 14. Das Gehäuse 6 enthält einen Einlaßkanal 16 und Teile der Vorschubeinrichtung 18 (ebenfalls nur teilweise sichtbar). Die von Hand zu haltende gezeigte Vorrichtung eignet sich zur Verwendung eines thermoplastischen Materials R in Stangenform.
Es wird nun anhand der F i g. 2 die Extrudiervorrichtung im einzelnen erläutert. Der Schmelzkörper 8 ist zentral in dem Gehäuse angeordnet und besteht aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit wie beispielsweise Aluminium. In dem Schmelzkörper 8 befindet sich eine langgestreckte Schmelzkammer 20 mit einem Einiaßende 22 und einem Auslaßende 24. Bei der dargestellten Ausführungsform der Extrudiervorrichtung hat die Schmelzkammer 20 am Einlaßende 22 einen Anfangsschmelzabschnitt 23 mit einem kreisförmigen Querschnitt der das stangenförmige thermoplastische Material R dicht aufnimmt Bei der gezeigten Ausführungsform setzt sich der Abschnitt mit kreisförmigem Querschnitt der Schmelzkammer 20 in Richtung des Auslaßendes bis zu einem Bereich 26 auf der Seite des Auslaßendes in der Mitte der Schmelzkammer 20 fort Beginnend in dem Bereich 26 und sich fortsetzend bis zu dem Auslaßende 24 ändert sich der Querschnitt der Schmelzkammer 20 fortschreitend von dem kreisförmigen Querschnitt zu einem gewellten Querschnitt, wie dies beispielsweise in der F i g. 4 dargestellt ist und nachfolgend beschrieben wird. Dieser Bereich wird als Schmelzbeschleunigungsabschnitt 25 bezeichnet
Der Schmelzkörper 8 weist außerdem eine Bohrung 28 auf, um eine Heizeinrichtung 30, beispielsweise eine bekannte elektrische Heizeinrichtung, dicht aufzunehmen. Bei der gezeigten Ausführungsform sind elektrische Leitungen 32 der Heizeinrichtung 30 über einen Thermostaten 34, der geeignet ist die Schmelzkörpertemperatur auf dem gewünschten Pegel zu halten, mit s einer nicht gezeigten elektrischen Energiequelle verbunden.
An dem Auslaßende 10 des Schmelzkörpers 8 öffnet sich die Schmelzkammer in einen Behälter 36. Eine Extrudierdüse 12 ist auf das sich verjüngende Auslaßende des Schmelzkörpers 8 nahe dem Behälter 36 aufgeschraubt Die Extrudierdüse 12 hat eine zentrale Bohrung 38, die sich in Längsrichtung von einer in den Behälter 36 mündenden öffnung zu der Auslaßspitze 40 erstreckt Bei der gezeigten Ausführungsform weist die Extrudierdüse 12 ein Kugelverschlußventil 42 auf, das gegen den Auslaßstrom des thermoplastischen Materials durch eine federnde Einrichtung, z. B. eine Feder 44, vorgespannt ist
Am Einlaßende 22 der Schmelzkammer 20 ist ein Einlaßkanal 16 angeordnet der das zu dem Schmelzkörper 8 vorrückende thermoplastische Material R frei verschiebbar aufnimmt Die Hülse 46 besteht vorzugsweise aus einem wärmebeständigen, im wesentlichen nicht wärmeleitenden gummiartigen Material, das ausreichend elastisch ist um Unregelmäßigkeiten in dem stangenförmigen Material aufzunehmen. Silikon- und Fluorelastomere haben sich für die Hülse 46 als zweckmäßig erwiesen. Die Hülse 46 ist in einer Erweiterung des Schmelzkörpers 8 derart aufgenommen, daß es an Bohrungswänden 48 und einer Schulter SO anliegt Die Hülse 46 besitzt an dem Außenumfang einen ringförmigen Flansch 52, mit dem es an dem Ende
54 des Schmelzkörpers 8 angreift
Die Hülse 46 weist bei der gezeigten Ausführungs-
form auch eine Dichtung, z. B. eine Lippe 55 an dem
Innenumfang des Einlaßteils der Hülse 46 auf. Die Lippe
55 kann verschiedene geeignete Querschnittsformen, wie beispielsweise einen kreisförmigen oder einen polygonalen Querschnitt haben, solange sie einen Teil der Seiten der Stange R während des Durchlaufs erfaßt Vorzugsweise umgibt die Lippe 55 die Stange R an dem Einlaßende der Hülse 46 nicht völlig, so daß eine Auslaßöffnung für eingeschlossene Gase geschaffen wird und diese die Schmelzkammer 20 und/oder die Hülse 46 verlassen können. Wenn eine Klebstoffstange R von der Vorschubeinrichtung 60 vorgerückt wird, erfaßt die Lippe 55 die Stange R und verhindert, daß sie aus der Schmelzkammer 20 und der Hülse 46 durch den Rückzug der Vorschubeinrichtung 60 zurückgezogen wird.
Im folgenden wird die Schmelzkammer im Zusammenhang mit den F i g. 3, 4 und 5 näher erläutert. Die dargestellte Ausführungsform eignet sich zum Schmelzen und Extrudieren eines thermoplastischen Klebstoffs in Stangenform mit einem Nenndurchmesser von 12,7 mm. Ein derartiger Klebstoff wird bei einer Temperatur von etwa 205" C optimal aufgebracht Das Material soll daher in der Schmelzkammer 20 auf diese Temperatur erhitzt werden. Je schneller das Material auf die Extrudiertemperatur erhitzt wird, desto größer ist die Abgabekapazität der Vorrichtung.
Wie zuvor bereits festgestellt wurde, ist die dargestellte Ausführungsform insbesondere zum Schmelzen von Klebstoff in Stangenform mit einem
Durchmesser von 12,7 mm geeignet; sie ist jedoch
allgemein auf thermoplastische Materialien anwendbar.
Beim Schmelzen von thermoplastischen Materialien
wurde festgestellt, daß für eine maximale Wärmezufuhr
zu dem relativ gering wärmeleitenden Material es von Vorteil ist, das Material in einer Schmelzkammer auszubreiten, um eine maximale Grenzschicht zwischen dem Material und der erhitzten Kammer zu erhalten. Auch wurde festgestellt, daß, wenn das Material "> derartig beschleunigt wird, die Durchlaufzeit des Materials merklich vermindert wird, die gewünschte Zunahme der Wärmeübertragung nicht erreicht wird. Beim Ausbreiten in der Schmelzkammer muß daher die gesamte Querschnittsfläche innerhalb annehmbarer Grenzen gehalten werden. Ebenso kann das thermoplastische Material für die Endschmelzebeschleunigung nur schwer verteilt werden, wenn es nicht in dem Anfangsschmelzabschnitt 23 in einen formbaren Ausgangszustand gebracht wird. Mit einer mehrere ir> Abschnitte aufweisenden Schmdzkamrner mit sich änderndem Querschnitt können eine maximale Verteilung und Kapazität erreicht werden.
Bei der dargestellten Ausführungsform kann das Material mit einer Dicke von etwa 1,55 mm ohne wesentliche Erhöhung des Strömungswiderstandes aufgetragen werden. Durch V- bzw. W-förmige Ausbildung der Extrusionscffnung, wie dies in der F i g. 5 dargestellt ist, kann eine größere Grenzschicht bzw. ein größerer Umfang ebenso wie eine Auslaßöffnung mit einer relativ großen Querschnittsfläche erreicht werden.
Die F i g. 5 zeigt eine Auslaßöffnung mit maximaler Grenzschicht 27 zwischen dem Klebstoff der Schmelzkammer und der Extrudieröffnung. Die F i g. 4 zeigt den Umfang der Schmelzkammer 20 in dem mittleren Bereich des Schmelzbeschleunigungsabschnitts 25. Die F i g. 3 zeigt den Umfang der Schmelzkammer 20 vor dem Bereich der Schmelzbeschleunigung in dem Anfangsschmelzabschnitt 23. In diesem Anfangsschmelzabschnitt 23 von dem Einlaßende 22 bis zu dem Bereich 26 ist der Umfang 29 kreisförmig und vorzugsweise sind die Wände 21 der Schmelzkammer
20 in Längsrichtung gleich geneigt (um etwa 1°). Eine solche Neigung bewirkt, daß der Klebstoff die Wände
21 der Schmelzkammer 20 fortschreitend reinigt, wenn die Stange R vorrückt, wodurch die Wärmeübertragung weiter erhöht wird. Dies ermöglicht es, die Mäicriaiiemperatur zu erhöhen und das Material in dem Anfangsschmelzabschnitt 23 ausreichend zu erweichen, so daß es in dem Schmelzbeschleunigungsabschnitt 25 während der Zeit ausgebreitet wird, in der die Stange den Bereich 26 durchläuft.
Die beschriebene Extrudiervorrichtung, die sich insbesondere für eine von Hand zu haltende Vorrichtung zur Verteilung von Klebstoffen eignet, kann auch zur Verteilung von anderen thermoplastischen Materialien verwendet werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Schmelzen und Verteilen von thermoplastischem Material, mit einer Schmelzkammer, einem FinlaBlcanai, der zu einem Ende der Schmelzkammer führt, einem Auslaßkanal, der mit dem anderen Ende der Schmelzkammer verbunden ist, einer Heizeinrichtung für die Schmelzkammer und einer Vorschubeinrichtung für das thermoplastische Material durch den F.inlaBkanal in die Schmelzkammer, in der das Material fortschreitend geschmolzen und hierauf durch den AuslaBkanal extrudiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzkammer (20) zwei Abschnitte (23, 25) aufweist, von denen der eine, am Einlaßende (22) der Schmelzkammer (20) beginnende Anfangsschmelzabschnitt (23) einen kreisförmigen inneren Querschnitt und der andere, der Schmefcbeschleunigungsabschnitt (25) einen sich fortschreitend zum Auslaßende (24) der Schmelzkammer (20) hin ändernden gewellten Querschnitt hat
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangsschmelzabschnitt (23) sich von dem Einlaßende (22) in Richtung des Auslaßendes (24) bis zu einem Bereich (26) an der Auslaßseite in der Mitte der Schmelzkammer (20) erstreckt, wo der Schmelzebeschleunigungsabschnitt beginnt und daß der innere Querschnitt allmählich von dem kreisförmigen Querschnitt zu dem gewellten Querschnitt übergeht und seine maximale Welligkeit an dem Auslaßende (24) erreicht
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gewellte Querschnitt des Schmelzbeschleunigungsabschnitts (25) am Auslaßende (24) W-förmig ist
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßende (22) einen kreisförmigen Querschnitt hat, daß der Durchmesser der Schmelzkammer (20) zum Auslaßende (24) fortschreitend abnimmt, und daß die Hüllkurve um den Querschnitt der Schmelzkammer (20) im Bereich des gewellten Querschnitts des Schmelzbeschleunigungsabschnitts (25) einen kleineren Durchmesser aufweist, als der Durchmesser der kreisförmigen Schmelzkammer (20) (F i g. S).
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal (16) eine Dichtung (55) aufweist und aus einer Hülse (46) besteht, deren Innenseite einen Gleitsitz für das thermoplastische Material (R) bildet und aus wärmebeständigem, nicht-wärmeleitendem Gummi besteht, der eine ausreichende Elastizität und Flexibilität hat, um beim Erfassen des thermoplastischen Materials (R) Unregelmäßigkeiten aufzunehmen.
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